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新能源汽車散熱系統:“直冷+水冷”將成主要發展方向(熱工測試廠商)
發布時間:2018-06-19   點擊次數:1094次

隨著新能源動力電池發展,國家鼓勵高密度、大功率、快速充放電新能源汽車的發展。原有的新能源汽車采用空冷式散熱已經不能解決電池散熱問題。液冷系統的優點是降溫速率快、均溫性好、流體(溫度和流量)控制簡單和。液冷散熱系統已成為新能源汽車必然趨勢。整車的熱管理系統就需要重新設計。

目前電池包(PACK)液冷散熱系統運行數據空白,新能源整車廠商就無法設計整車的液冷系統。整車廠商需要了解如下數據:一)、電池包的合理溫度在10-30低溫天氣液冷系統可能達到-30,電池包內部本身有發熱塊啟動前預熱起到熱保護功能,當汽車行駛后電池溫度超過30以上時就需要通過-30液冷系統降溫,此時需要通過多少流量液體?保證電池溫度控制在10-30范圍內,且汽車液冷系統管徑是固定的,那么就需要調節壓力來控制流量。以此類推隨著汽車冷卻液溫度變化,為保證電池溫度冷卻液的流量、壓力也需要變化。二)、當高溫天氣,汽車冷卻液、電池包的溫度可能達到50以上,電池包的充放電工況如何?整車制冷系統(車內空調空間降溫、電池包、電驅、發動機液冷系統)冷量如何匹配,以便整車熱管理達到快速平衡。讓整車性能、安全達到合理范圍內。以上數據就需要我司的液冷熱工測試平臺提供數據。

備注:在整個電池包(PACK)熱工測試過程中,同時需要以下設備同步工作,充放電設備(BMS熱管理系統)、步入式環境箱、熱成像儀等。

新能源動力電池組中的散熱系統,能夠起到為新能源動力電池組降溫的目的。新能源動力電池散熱方式有風冷、水冷和直冷三種。風冷模式中,散熱系統利用利用自然風或風機,配合汽車自帶的蒸發器為電池降溫;水冷模式中,一般會將散熱器與制冷循環系統耦合起來,通過制冷劑將電池的熱量帶走;直冷模式中,散熱系統利用制冷劑蒸發潛熱的原理,在整車或電池系統中建立空調系統,將空調系統的蒸發器安裝在電池系統中,制冷劑在蒸發器中蒸發并快速地將電池系統的熱量帶走,從而完成對電池系統冷卻的作業。

風冷技術

風冷技術是目前新能源動力電池中應用廣泛的散熱技術。強制氣流可以通過風扇產生,也可以利用汽車行進過程中的迎面風或者壓縮空氣等產生。與其他技術相比,風冷技術相對簡單、安全,維護也方便。日本豐田公司的混合動力電動汽車Prius和本田公司的Insight都采用了風冷的形式,尼桑、通用等汽車公司研制的熱管理系統主要采用強制風冷形式。

國內的各種類型的新能源動力電池基本上采用風冷技術,國內技術基本上與國外水平相當,能夠在低成本的情況下,達到良好的散熱性能。

與液冷技術相比,風冷技術與電池表面之間的熱交換系數低,冷卻、加熱速度慢,電池箱內部溫度均勻性不容易控制,電池箱的密封設計較難,防塵、防水效果較差。

水冷技術

水冷散熱系統主要包括:電子水泵、換熱器、電池散熱片、PTC加熱器、膨脹水箱。

水冷技術是基于液體熱交換的冷卻技術,比風冷技術效率更高,電動汽車電池組內部溫度更均勻,可與車輛的冷卻系統整合在一起,與電池壁面之間的熱交換系數高,冷卻、加熱速度快。但是采用水冷技術的系統更復雜,重量大,維修和保養難度大,并且存在漏液的可能。

國外對水冷技術研究較早,應用時間也較長,并且隨著不斷的探索、實踐與改進,系統的熱交換系數以及冷卻加熱速度均已達到了較好的水平,并且通過新材料的應用,國外水冷系統的重量也有所減輕。

目前國外主要在特斯拉、通用沃藍達(Volt)、法國標致雪鐵龍、寶馬i3等汽車品牌中采用水冷技術。特斯拉Model S車型采用的就是水冷技術對電池進行降溫。特斯拉在其電池排布、熱管理系統、電池管理系統上進行了非常深入的設計,以保證每個電池單元都在監管之下,其狀態數據能夠被隨時反饋、處理。對于單個體積很小的電池單元,特斯拉將其獨立封閉在鋼制隔間里,同時液冷系統可以具體到為每一個電池單元進行冷卻,降低彼此的溫差,也相對降低了電池自燃的風險。

近幾年,隨著我國新能源動力電池散熱系統技術的不斷進步,水冷產品呈現逐漸替代風冷產品的趨勢。

據新思界產業研究中心發布的《2017-2021年新能源動力電池散熱系統市場現狀調研及投資戰略研究報告》,目前,相關汽車廠商如比亞迪、吉利等已將水冷產品應用到其新能源汽車當中。未來,隨著行業技術的不斷進步,“直冷+水冷”的方式將成為市場研發的主要方向。

國內有江淮iEV7S等少量的新能源車采用了水冷技術。江淮新能源純電動SUV——iEV7S利用水冷技術,將電池包的溫度控制在10-35攝氏度之間,即便在零下30攝氏度的超低溫環境下,也可正常充電,不影響續航里程。新一代電池包水冷技術,實現了電池低溫快速加熱,在環境-30℃和電芯-15℃條件下,40分鐘內可將電池加熱至10℃以上,同時其優異的電池冷卻性能,滿足高速+快充連續行駛,電池高溫控制在35℃以下。

新思界產業研究員認為,在風冷技術方面,我國技術水平已經能夠達到國際領先水平,風冷散熱系統也已廣泛被用于國內新能源動力電池散熱系統。在水冷技術方面,受技術水平限制,我國近年來才逐漸有企業進行研究與生產,雖然技術進步迅速,但與國外相比,仍存在差距,未來還有較大的進步空間。

此外,水冷技術的使用能夠較好地解決目前新能源汽車普遍面臨的低溫使用續航里程降低、低溫無法充電等問題,改善用戶的用車體驗,促進新能源汽車的普及。基于此,水冷技術未來會逐漸取代風冷技術。

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